Task-based fast multipole method for clusters of multicore processors - Archive ouverte HAL Access content directly
Reports (Research Report) Year : 2017

Task-based fast multipole method for clusters of multicore processors

Méthode des multipôles rapide à base de tâches pour des clusters de processeurs multicoeurs

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Abstract

Most high-performance, scientific libraries have adopted hybrid parallelization schemes - such as the popular MPI+OpenMP hybridization - to benefit from the capacities of modern distributed-memory machines. While these approaches have shown to achieve high performance, they require a lot of effort to design and maintain sophisticated synchronization/communication strategies. On the other hand, task-based programming paradigms aim at delegating this burden to a runtime system for maximizing productivity. In this article, we assess the potential of task-based fast multipole methods (FMM) on clusters of multicore processors. We propose both a hybrid MPI+task FMM parallelization and a pure task-based parallelization where the MPI communications are implicitly handled by the runtime system. The latter approach yields a very compact code following a sequential task-based programming model. We show that task-based approaches can compete with a hybrid MPI+OpenMP highly optimized code and that furthermore the compact task-based scheme fully matches the performance of the sophisticated, hybrid MPI+task version, ensuring performance while maximizing productivity. We illustrate our discussion with the ScalFMM FMM library and the StarPU runtime system.
La plupart des bibliothèques scientifiques très performantes ont adopté des parallélisations hybrides - comme l’approche MPI+OpenMP - pour profiter des capacités des machines modernes à mémoire distribuée. Ces approches permettent d’obtenir de très hautes performances, mais elles nécessitent beaucoup d’efforts pour concevoir et pour maintenir des stratégies de synchronisation/communication sophistiquées. D’un autre côté, les paradigmes de programmation à base de tâches visent à déléguer ce fardeau à un moteur d'exécution pour maximiser la productivité. Dans cet article, nous évaluons le potentiel de la méthode des multipôles rapide (FMM) à base de tâches sur les clusters de processeurs multic\oe{}urs. Nous proposons deux types de parallélisation, une première approche hybride (MPI+Tâche) à base de tâches et d’appels à MPI pour gérer explicitement les communications et la deuxième uniquement à base de tâches où les communications MPI sont implicitement postées par le moteur d'exécution. Cette dernière approche conduit à un code très compact qui suit le modèle de programmation séquentiel à base de tâches. Nous montrons que cette approche rivalise avec le code hybride MPI+OpenMP fortement optimisé et qu'en outre le code compact atteint les performances de la version hybride MPI+Tâche, assurant une très haute performance tout en maximisant la productivité. Nous illustrons notre propos avec la bibliothèque FMM ScalFMM et le moteur d'exécution StarPU.
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Dates and versions

hal-01387482 , version 1 (27-10-2016)
hal-01387482 , version 2 (02-11-2016)
hal-01387482 , version 3 (09-11-2016)
hal-01387482 , version 4 (23-03-2017)

Identifiers

  • HAL Id : hal-01387482 , version 4

Cite

Emmanuel Agullo, Bérenger Bramas, Olivier Coulaud, Martin Khannouz, Luka Stanisic. Task-based fast multipole method for clusters of multicore processors. [Research Report] RR-8970, Inria Bordeaux Sud-Ouest. 2017, pp.15. ⟨hal-01387482v4⟩
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